1. Како да се изберат дикарбоксилни киселини за формулација на полиестерски полиол?

Ароматични киселини: Подобрување на цврстината и отпорноста на топлина

Изофталична киселина (IPA) и терефтална киселина (PTA)

Ароматичните дикарбоксилни киселини главно се користат за подобрување на:

Терефтална киселина (PTA)има многу правилна линеарна структура и силна тенденција за кристализација.

Кога PTA реагира со диоли со краток синџир како што се етилен гликол (EG) или 1,4-бутандиол (BDO), добиената полиестерска структура може да покаже силно кристализирачко однесување, предизвикувајќи полиестерскиот полиол да стане восочен или цврст на собна температура.

Ова може да го намали:

• ✖Флуидност на обработката
• ✖Стабилност на складирање
• ✖Практичност на апликацијата

Затоа, чистите полиестерски полиоли базирани на PTA ретко се користат сами во практични формулации.

Изофталична киселина (IPA)има помалку симетрична молекуларна структура бидејќи двете карбоксилни групи се наоѓаат на мета-позицијата. Ова ја намалува тенденцијата за кристализација и ја подобрува стабилноста на течноста.

Полиестерските полиоли базирани на IPA генерално обезбедуваат:

• ✔Повисок Tg
• ✔Подобра транспарентност
• ✔Подобрена проточност

Во многу индустриски формулации, IPA се воведува заедно со PTA или алифатични киселини за да се балансира ригидноста и флексибилноста.

Алифатични киселини: Зголемување на флексибилноста

Адипинска киселина (AA)

Адипинската киселина е една од најчесто користените алифатични дикарбоксилни киселини во производството на полиестерски полиол.

Неговиот флексибилен шестјаглероден ланец обезбедува:

• •Флексибилност на ниски температури
• •Добра еластичност
• •Намален Tg

Полиестерските полиоли базирани на адипинска киселина обично имаат Tg вредности во опсег од приближно-60°C до -40°C, во зависност од молекуларната структура.

Оваа структура придонесува за:

• •Висока затегнувачка цврстина
• •Добра отпорност на абење
• •Одлични механички перформанси

Себацинска киселина (SA)

Себацинската киселина содржи подолг јаглероден ланец од адипинската киселина.

Предности:

• ✔Поголема флексибилност
• ✔Подобри перформанси на ниски температури
• ✔Подобрени хидрофобни својства

Сепак, поради повисоката цена, SA главно се користи во високо-перформансни полиуретански апликации каде што е потребна подобрена отпорност на студ.

Функционални киселински компоненти: димерна киселина и фтален анхидрид

Димерна киселина

Димерната киселина воведува:

• •Долги флексибилни молекуларни ланци
• •Хидрофобни својства
• •Подобрена флексибилност
• •Подобра отпорност на хидролиза

Сепак, зголемувањето на содржината на димерна киселина може да ја намали Tg и тврдоста. Ова вообичаено се зема предвид за полиуретански системи кои бараат флексибилност и отпорност на влага.

Фтален анхидрид (PA)

Фталниот анхидрид е економична ароматична компонента со добра ефикасност на реакцијата.

Може да подобри:

• ✔Тврдост
• ✔Ригидност
• ✔Конкурентност на трошоците

Сепак, поради стеричните ефекти, неговата реактивност на терминалната група е помала во споредба со IPA.

Типична стратегија за дизајн на киселина

Вообичаена стратегија за формулирање на полиестерски полиол е:

• •Ароматични киселини: обезбедуваат цврстина и цврстина
• •Алифатични киселини: обезбедуваат флексибилност и цврстина

Точниот сооднос секогаш треба да се прилагоди според целната апликација.

2. Како да се изберат диоли за дизајн со полиестерски полиол?

Етилен гликол (EG)

Етилен гликолот е наједноставниот диол што се користи во полиестерската хемија.

Поради својата кратка молекуларна структура, EG обезбедува:

• •Висока регуларност на синџирот
• •Силна тенденција на кристализација

Кога се комбинира со PTA, EG може да формира кристални структури слични на PET, што може да предизвика полиестерските полиоли да станат цврсти на собна температура. Затоа, чистите полиестерски полиоли базирани на EG се невообичаени.

Во практичните формулации, EG често се комбинира со:

за прилагодување на кристалинитетот и перформансите на обработката.

Една важна предност на EG е нејзината:

• ✔Ниска цена
• ✔Широка достапност

За производство на полиестерски полиол врз основа на рециклирани ПЕТ материјали, EG останува важна суровина.

Диетилен гликол (DEG)

DEG воведува етерски врски во полиестерскиот ланец.

Флексибилната етерска врска обезбедува:

• •Долен Tg
• •Намален вискозитет
• •Подобри перформанси на проток

Полиестерските полиоли базирани на DEG се користат широко кога флексибилноста во обработката е важна.

Сепак, етерските врски може да имаат помала отпорност на долготрајна термичка оксидација. Затоа, DEG системите често се комбинираат со постабилни диоли како што е NPG.

Неопентил гликол (NPG)

NPG содржи кватернерна јаглеродна структура со две метил групи.

Оваа уникатна структура го ограничува молекуларното движење и обезбедува:

• •Повисок Tg
• •Одлична термичка стабилност
• •Супериорна отпорност на временски услови
• •Подобрена отпорност на хидролиза

Поради својата одлична издржливост, NPG е широко користен во:

• •ПУ облоги
• •Надворешни апликации
• •Полиуретански системи отпорни на временски услови

1,4-бутандиол (BDO)

1,4-бутандиолот е еден од најважните диоли што се користат во апликациите за полиуретански еластомери и TPU.

Неговата линеарна структура од четири јаглероди обезбедува:

• •Добра регуларност на синџирот
• •Силна меѓумолекуларна интеракција
• •Одлични механички својства

Кога се комбинира со ароматични киселини како што е PTA, BDO може да формира високо подредени кристални сегменти слични на PBT структурите.

Ова придонесува за:

• ✔Повисока затегнувачка цврстина
• ✔Подобра отпорност на абење
• ✔Подобрено физичко вкрстено поврзување

Сепак, високата содржина на BDO може да ја зголеми тенденцијата за кристализација, предизвикувајќи полиестерските полиоли да станат восочни или цврсти на собна температура.

За да се подобрат перформансите на обработка, BDO често се комбинира со:

за да се намали прекумерната кристализација, а воедно да се одржи механичката цврстина.

Триметилолпропан (TMP): Воведување на контролирано разгранување

Триметилолпропанот (TMP) е мултифункционален алкохол што содржи три хидроксилни групи. За разлика од конвенционалните диоли, TMP воведува разгранети структури во полиестерските полиоли.

Мала количина на TMP може да се зголеми:

• •Молекуларно разгранување
• •Густина на вкрстена врска
• •Конечна тврдост на полиуретан

TMP најчесто се користи при дизајнирање на:

• •Високоефикасни полиуретански премази
• •Цврсти PU системи
• •Разгранети полиуретански преполимери

Во повеќето формулации, содржината на TMP е внимателно контролирана бидејќи прекумерното разгранување може значително да го зголеми вискозитетот и да ја намали обработливоста.

3. Како да се прилагоди односот алкохол-киселина во формулацијата на полиестерски полиол?

Сооднос на вишок алкохол

При синтезата на полиестерски полиол, алкохолните компоненти обично се користат во вишок за да се постигнат структури со хидроксил-терминал.

За полиестерски полиоли со помала молекуларна тежина, односот на вишок алкохол може да се зголеми на:1,8–2,0: 1

Повисоките хидроксилни вредности обезбедуваат пореактивни хидроксилни групи за формирање на полиуретан.

Сепак, прекумерната содржина на алкохол може да ја намали молекуларната тежина и негативно да влијае на:

Затоа, односот алкохол-киселина мора да се оптимизира според конечната апликација на полиуретан.

Врска помеѓу односот на алкохол и киселинската вредност

За време на синтезата на полиестерски полиол, генерираната вода континуирано се отстранува за да се поттикнат реакциите на естерификација и кондензација.

Ако вишокот алкохол е недоволен:

• •Концентрацијата на киселина останува висока
• •Реакцијата станува побавна
• •Конечната вредност на киселина станува тешко да се намали

Ниската вредност на киселина е важна бидејќи преостанатите киселини можат да влијаат на полиуретанските реакции. Кога полиестерскиот полиол реагира со изоцијанати, преостанатата влага и киселите компоненти можат да придонесат за:

За многу полиуретански апликации, контролирање на киселинската вредност подолу:1 мг KOH/ге важна цел за квалитет.

4. Како да изберетеКатализаториза производство на полиестерски полиол?

Изборот помеѓу TBT и BTO зависи од:

5. Контрола на процесот на производство на полиестерски полиол

Главните фази вклучуваат:

1. Естерификација
2. Поликондензација
3. Прилагодување на вредноста на хидроксил и киселинската вредност

Чекор 1: Фаза на естерификација

За време на фазата на естерификација, во реакторот се внесуваат следниве материјали:

Реакцијата обично започнува приближно на:180°C

Водата генерирана од естерификација се отстранува преку:

• •Азотното отстранување
• •Кондензаторски системи

Напредокот на реакцијата може да се следи преку:

• •Количина на собрана вода
• •Тестирање на киселинска вредност

Чекор 2: Фаза на поликондензација

По естерификацијата, системот влегува во фаза на поликондензација.

Типични услови:

• •Температура:200–220°C
• •Намален притисок: вакуумска работа

Вакуумот помага во отстранувањето на преостанатата вода и вишокот алкохол, поттикнувајќи го молекуларниот раст.

Сепак, прекумерната температура или продолженото време на реакција може да предизвикаат несакани реакции, зголемување на бојата и деградација на полимерот. Затоа, условите на процесот мора внимателно да се контролираат.

Чекор 3: Контрола на крајната точка

За разлика од полимеризацијата со PET, производството на полиестерски полиол не бара развој на екстремно висока молекуларна тежина. Главните индикатори за квалитет се:

Честа индустриска цел:Киселинска вредност <1 mg KOH/gпред отпуштање.

Недоволниот вакуум е една од главните причини за:

• ✖Висока преостаната влага
• ✖Повисока киселинска вредност
• ✖Лоши перформанси на полиуретан

6. Резиме на дизајнот на полиестер полиол

Фактор на дизајн	Клучни променливи	Принцип на селекција	Типичен опсег
Ригидност на 'рбетот	IPA, PTA, AA, SA	Ароматичните киселини ја подобруваат цврстината; алифатичните киселини ја подобруваат флексибилноста	ИПА/АА ≈ 7:3
Tg прилагодување	EG, DEG, NPG, BDO	EG ја зголемува кристалинитетот; DEG го намалува вискозитетот; NPG ја подобрува издржливоста; BDO ​​ја подобрува цврстината	Врз основа на апликацијата
Контрола на молекуларната тежина	Однос на алкохол и киселина	Вишокот на алкохол создава структури со хидроксил-терминал	Алкохол/киселина = 1,3
Избор на катализатор	TBT наспроти BTO	TBT за брза реакција; BTO за подобра стабилност на хидролизата	БТО 0,2–0,5‰
Контрола на разгранување	ТМП/Глицерол	Малите дополнувања ја подобруваат густината на вкрстената врска	TMP ≤3 mol%

7. Како дизајнот на полиестер полиол влијае врз перформансите на полиуретанот?

Апликација	Препорачан дизајн со полиестерски полиол
PU лепила	Флексибилни полиестерски полиоли на база на АА за силна адхезија и цврстина
PU премази	IPA/NPG системи за тврдост и отпорност на временски услови
TPU еластомери	AA + BDO системи за механичка цврстина и отпорност на абење
Воден растворлив полиуретан	Полиестерски полиоли отпорни на хидролиза со оптимизирани катализаторски системи
Синтетичка кожа	Флексибилни полиестерски полиоли со контролирана мекост

Барања за примена → Цели на перформанси → Избор на мономер → Дизајн на молекуларна структура → Избор на катализатор → Оптимизација на процесот